JP3953456B2 - 光学的ボード間相互接続を有するバックプレーン・アセンブリおよびボード接続の連続性チェック方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、高速なチップ間の光学的接続に関し、より詳細には、たとえばバックプレーンに接続された異なるプリント回路上のロジック・チップ間またはメモリ・チップ間あるいはその両方の間の高速なボード間の光学的接続に関する。

図１に、それぞれ電気光学構成部品１０５を搭載した２枚の回路ボード１０３を連結する受動的バックプレーン１０１を備えた最新技術の電気光学アセンブリ１００の例を示す。各ボード１０３は、互いに、コネクタ１０７を介し受動的バックプレーン１０１を通して信号を送る。チップ１０８、１１０、１１２、１１４が、光構成部品モジュール１０５に配置されひとまとめにされる。

図２〜３に、バックプレーンおよび回路ボードの一方あるいは両方の一般的なボード構造２００の互いに直交する一般的な断面の例を示す。この受動的ボード構造２００は、電気配線チャネル２０３および光配線チャネル２０５を含む。バックプレーン／ボード用誘電体材料２０１は、埋込み銅配線の基盤構造および配線チャネル２０３での電力分配を維持し保護するための機械的構造を提供する。配線チャネル２０３は、異なる配線層間で電気信号を接続する層間またはレベル間ビア（図示せず）を備えるＸ−Ｙ方向での電気信号媒体を提供する。

バックプレーン／ボードの一方の表面上には光導波路２０５があり、ここではそれを単一層で示す。これら光導波路２０５は、適当なポリマー材料またはガラス材料をバックプレーン／ボード材料の既存の表面上に堆積させたものとするか、あるいはポリマー、ガラスまたは光ファイバを含む独立に作成した構造をボード材料上に積層させたものとすることができる。充填材料２０７により、各光導波路が分離される。充填物２０７により、隔離性および平坦性がもたらされる。

ここで、図１から、バックプレーン１０１を横切るチップ間（たとえば、１０８−１１２間）光路の一般的な損失を確定することができる。この例では、ボード内経路は各ボード１０３で５０ｃｍであり、各ボードはバックプレーン１０１上で１ｍ離れて配置され得る。光学材料は、たとえばポリマーである。一般的なボード用ポリマーは０．０３ｄＢ／ｃｍの損失を示し、一般的なバックプレーン用ポリマーは０．０５ｄＢ／ｃｍの損失を示す。一般的なチップとボード間の結合損失（coupling loss）は３ｄＢであり、一般的なボードとバックプレーン間のコネクタ損失は２ｄＢである。したがって、この経路の信号損失は１８ｄＢである。

この１８ｄＢの信号損失は相当に大きいものであり、３ｄＢの劣化が信号強度を半減させる損失に相当することを思い起こすと、信号を１／６４に減衰させることに相当し、これは、つまりチップ１１４における受信信号が、チップ１０８での強度の１／６４になることとなる。したがって、１８ｄＢの損失を補償するには、チップ１０８での送信信号を、受信チップ１１４で必要な信号の６４倍にしなければならない。これは、一般的なデータ経路でこれらの信号が多量に必要なときおよびデータ通信用の光経路で一般に許容される量を超える場合に、許容できない電力要件である。

こうした損失を低減する周知の手法がいくつかある。チップ−ボード間の結合損失は、より優れた電気光学的実装により低減することができる。より優れた材料を用いてチャネル損失を低減することができるが、チャネル損失を無視できる程度にするために、たとえば、（ポリマーを堆積させる代わりに）ボード中にファイバを積層することは、コストのかかる手法である。最後に、改良型（より高価な）コネクタにより、ボード−バックプレーン間の結合損失を低減することができる。コネクタ損失は、主に機械的な不整合から生じるので、たとえば精密機械加工で公差を厳しくすることによって改善することができる。（たとえば、チャネルの）材料の変更とは異なり、精密機械加工には、新しくより優れた装置および加工法が必要であり、これによるコストの上昇は段階的なものではない。これら３つの最新技術の手法はそれぞれ段階的な改善をもたらすが、難しい工学的問題を解決するだけであり、ときには非常に大きなコスト上昇を伴う。これらの手法の組み合わせを用いて、上記の例の損失を、１８ｄＢからたとえば９ｄＢの許容可能なレベル、すなわち、送信信号から受信側までの減衰を１／８に低減することが可能となりうる。

図４に、たとえば、大規模スイッチまたはサーバ用バックプレーンにおける多分岐型（multidrop）バックプレーン３００の例を示す。このような一般的バックプレーン３００では、こうした信号が何千と存在し得る。このような多分岐型バックプレーン３００は、信号をバスで搬送または分配する（分岐させる）、すなわち、バックプレーン３００に接続された多数の（たとえば、８枚、１６枚、さらには３２枚の）ボード３０２と並列に各送出信号を多分岐する（fanout）サーバに特に適している。

しかし、ボード３０２を、バックプレーンの光チャネルに沿った「タップ・ポイント」に接続すると、各タップ・ポイントで信号の一部が失われる。このため、各「タップ・ポイント」で、元の送出信号強度から数ｄＢの信号の減衰が生じる場合（１タップ・ポイント当たりの減少を３ｄＢとするのは極めて楽観的であるが）、改善された経路に３枚のボードを追加すると、全信号損失が増加し１８ｄＢに戻る。こうした労力と経費を追加しても、数枚を越えるボードは追加できない。明らかに、何千もの（何十ではなく）信号に対しては、必要な全電力は許容できないほど大きいものになる。

さらに、こうした４〜５枚のボードからなるシステムは柔軟性に欠け、５枚のボードを超える拡張はできないであろう。同様に、中規模システム用に対して、１枚または２枚のボードを除去することも特に容易にはスケーリングできないであろう。信号の保全性および放射の問題が、４〜５枚のボードからなるシステム用に設計された基盤構造において生じるであろう。

したがって、大規模スイッチまたはサーバで使用するために、共に光学的に接続された複数枚のボードを有するバックプレーンを含むアセンブリが必要とされている。さらに、広範な導波路材料、特に、チャネル損失に耐性がある材料で構築できるようなアセンブリも必要とされている。さらに、機械的な位置合わせずれに耐性があり、それによって、精密な機械的位置合わせの要件を回避する（すなわち、ボード−バックプレーン間コネクタにおける大きな結合損失を許容することができる）アセンブリも求められている。１枚のボードから多分岐信号を送信することができ、それによって、複数のボードが信号を受信することができるアセンブリも必要とされている。最後に、単一の物理的基盤構造またはバックプレーン上で広範囲なシステム・スケーリング（すなわち、数枚のボードから多数のボードまでの）を許容できる拡張可能な（scalable）アセンブリが必要とされている。

本発明の目的は、システムの通信を改善することであり、本発明のさらに別の目的は、ボード上（on board）通信を改善することである。

本発明は、光チャネルを通じて通信する構成部品を備えた電子システム、ボードの初期化と連続性（導通）チェック、およびこの光チャネルを通じてデータを転送する方法を提供する。このシステムは、ボード間信号配線および共用光バスを備えたバックプレーンを含む。光学グレーティングがバックプレーンおよび回路ボードに取り付けられて、光トランシーバとボード／バックプレーンの間で光エネルギーを通過させる。各光ジャンパの各端部の光トランシーバは、光ジャンパと、接続された回路ボードまたはバックプレーンとの間で光信号を中継（リレー）する。光ジャンパは、回路ボードをバックプレーンに光学的に接続する。

上記その他の目的、側面および利点は、図面を参照することで本発明の例示的実施形態についての以下の詳細な説明からよりよく理解できるであろう。

ここで図面を参照すると、より具体的には、本発明の好ましい実施形態によるバックプレーン・アセンブリ４００の例が図５に示されている。バックプレーン・アセンブリ４００により、スタンドアロン・システム（たとえば、サーバまたはメインフレーム）あるいはより大型のスタンドアロン・システム中のシステム・ユニットを実施することができる。ボード４０１はそれぞれ、バックプレーン４０３上に搭載され、光トランシーバ４０５を介してバックプレーン４０３に光学的に接続されている。基板の入出力は電気的または光学的に行うことができることに留意されたい。光トランシーバ４０５は、入力を受信し、それ自体の能動回路を使用して、受信した入力光信号を反復（リピート）するか、あるいは中継（リレー）する。リピート信号はトランシーバ出力に伝送される。

光トランシーバ４０５は、バックプレーン損失からすべてのボード損失を分離し、それによって、各ボード設計の仕様がバックプレーン設計に無関係でかつ独立したものになり、その逆も同様である。したがって、ボード上の損失は、各ボード４０１内で自己完結しており、バックプレーン損失を増加させることはない。同様に、バックプレーン損失は、バックプレーン４０３内で自己完結しており、ボード損失に影響を与えることはない。したがって、バックプレーン４０３上のファンアウトは自己完結しており、管理可能な設計上の問題である。また、コネクタ損失が分離され、そのためバックプレーン損失に付加されないので、ボードをトランシーバ４０５に接続するために非常に損失の大きいコネクタを使用することもできる。

図６に、図５の自己完結型バックプレーン４０３のファンアウトを示す。このＮ枚のボードからなるシステムの例における最悪ケースの光路５０５について、バックプレーン４０３の一方の端部（すなわち、そこに位置する図示されていないボード上）でレーザ光源５０１が示される。最悪ケースの光路５０５はバックプレーン４０３全体に及び、そこでは、生じ得る最大のチャネル損失を被り、チャネルすなわち光路５０５に沿った残りのＮ−１個のトランシーバ４０５のすべてに分岐される。

従って、たとえば、各トランシーバ中の光検出器は、たとえば数ＧＨｚで信号を正しく感知するために２０μＷの光信号を必要とし得る。グレーティング結合部５０３のバックプレーン−光検出器損失が３ｄＢの場合、端部すなわちＮ番目のトランシーバへの光出力強度は、ボード４０３の最遠端５０２で少なくとも４０μＷでなければならない。各光学グレーティング５０３は同じものであり、それぞれがチャネルでの出力を１００％よりもやや少なく結合され、すなわち、ある部分（Ｘ％）が結合されない。従って、Ｎ枚のボード・システムでは、Ｎ−１個のグレーティング損失（すなわち、（Ｎ−１）＊Ｘ％）に３ｄＢのチャネル損失を加えたものにリンク配分（link budget）が対応しなければならない。量子収量が４０％の１０ｍＷのレーザ５００で、バックプレーン・チャネル５０５への結合損失が３ｄＢの場合、左端部５０９でレーザ５００直下のチャネル５０５に２ｍＷが供給される。このようにして、表１に、様々なＸの値、この実施例ではＸ＝２、４、６、８および１０の場合の、この実施例のリンク配分の例を示す。各値ごとに非結合のチャネル損失量を、最遠端に達するのに必要な出力と、光源で２ｍＷ（２０００μＷ）の場合の全リンク配分とを比較している。

図７は、３つの例について表１に基づいて、実現可能なシステムのサイズ（ボード数Ｎ）と１つのグレーティング当たりの非結合出力強度パーセント（設計パラメータであるＸ％）の関係のグラフである。一番下のカーブ６００では、チャネルは、０．０３ｄＢ／ｃｍのチャネル損失を有する１ｍ長のものであり、最大システム・サイズはボード数１０枚である。このボード数１０枚という最大値は、１０〜１２％の非結合に対して設計されたグレーティングで実現される。中間のカーブ６０２は、無損失のチャネル材料（たとえば、ファイバ）では、６％の非結合に対して設計されたグレーティングで１８枚のボードからなる最大システム・サイズが得られることを示している。代わって、このボード数１８枚という最大値は、レーザ出力強度を倍にする、たとえば、１つではなく２つのレーザを用いることによって、中間のカーブ６０２で実現することができる。一番上のカーブ６０４は、無損失の材料および倍増したレーザ出力強度を備えるチャネルにより、２〜４％が非結合のグレーティングで、３５枚のボードからなるシステムという最大値が実現されることを示している。

図８に、本発明の好ましい実施形態に基づいて、チップ７０１中のトランシーバ光学系をボードまたはバックプレーン上の光チャネルに結合するグレーティング構造７００の断面の例を示す。チップ７０１は、一方向に光を送出するレーザ７０３と、その反対方向に光を送出するレーザ７０５と、他のボードからのレーザ・エネルギーを受け取り、検出するフォトダイオード７０７とを含む。この２つのレーザ７０３、７０５は、同じチップの信号（図示せず）で制御される。２つのレーザ７０３、７０５は、内部のバックプレーン・ボード位置、すなわち、バックプレーンのいずれの端部にもない位置にも対応する。一方のレーザ７０３は、一方の側、たとえばその左側のボードに送出し、他方のレーザ７０５は、他方の側、すなわちその右側のボードに送出する。フォトダイオード７０７は、チャネル中を伝搬し、バックプレーン（図示せず）からグレーティング構造７００によってチップ７０１に結合されない（outcoupled）光を感知する。

この例では、テーパがつけられた同等屈折率層（matched-index layer）７０９が、低屈折率材料７１１で絶縁されている。ミラー７１３は、チップ７０１からの入射レーザ光を、いずれかの側（たとえば、左方向または右方向）に向け、チャネル（図示せず）に導く。同等屈折率層７０９内部のグレーティング７１５は、上記表１および図７で与えられる所望の量の非結合量をもたらすように設計される。電力接続部７１７（図示せず）は、バックプレーンまたはボードからの電力を、チップ７０１上の光学的電子回路に接続する。

図９に、好ましいグレーティング構造７００と、ボード構造８００、たとえばバックプレーン上に搭載されたチップ７０１の例を示す。グレーティング構造７００は、チップ７０１とはボード構造８００中の光チャネル８０２の間で結合を提供する。ミラー７１３が、光をグレーティング７１５から離れるように（すなわち、左方向および右方向に）導き、フォトダイオード７０７は、チップ７０１の中央でグレーティング７１５の上にあるので、フォトダイオード７０７は同じチップ７０１から送出された光を感知しないことに留意されたい。

図１０に、同様の符合で表示された構成要素を具備した代替実施形態のグレーティング構造９００の例を示す。この実施形態９００では、レーザ７０３、７０５はチップ９０１の中央にあり、１対の同一フォトダイオード９０２、９０４とグレーティング９０６、９０８はレーザ７０３、７０５のいずれか一方の側に配置される。この２つのフォトダイオード９０２、９０４は互いに配線されて（図示せず）、単一のフォトダイオードとして機能する。この実施形態の利点は、フォトダイオード９０２、９０４が、この同じチップから送出された光をチャネル内で感知でき、テストで使用することができることである。

さらに、この実施形態９００は、基板をバックプレーンに挿入するとき、すなわち、ボードのセルフ・テスト・シーケンス中に、図１１の簡単な光学的連続性（導通）チェック９２０を行うのに適している。このセルフ・テスト中、ステップ９２２で、他の接続されたボードによってチャネルはオープン状態を維持され、換言すれば以下により詳しく説明するように、他のボードは、光バスにアクセスを行わない。次に、ボード上の各トランシーバ９００は、最初にステップ９２４で、一方の方向、たとえば、左側のレーザ７０３から左側に、次いでステップ９２８で、他方の（右側の）レーザ７０５から他方向に、１を送信し、その後ゼロを送信する。ステップ９２６、９３０で、各送信につき対応するフォトダイオード９０２または９０４をそれぞれチェックして、フォトダイオードが送信されたものを反映しているかどうか、すなわち、ボードが何を認識したかを確認する。受信したものが送信したものと一致する場合、信号はボードから出てバックプレーン・チャネルに至り、次いで、チャネルから出てボードに戻ったことになる。すなわち、ステップ９３２で、接続は良好ということになる。そうでない場合には、ステップ９３４で、ボードは不良ということになる。

図１２に、外部光源／シンクからの光信号をバックプレーン上のトランシーバ７０１に結合するための構造１０００の例を示す。この例では、第２のチップ１００３が、バックプレーン上のトランシーバ７０１と背中合わせに裏返して搭載される。第２のチップ１００３は、レーザ１０１３およびフォトダイオード１００９も含み、はんだインターフェース１００５は、ビア１００７を介して第１のチップ７０１に第２のチップを接続する。貫通ビア１００７は、上部チップ１００３に電力を供給し、２つのチップ７０１、１００３の間で選択された電気信号を通過させる。

上部トランシーバ・チップ１００３上のフォトダイオード（フォトディテクタ）１００９は、外部光源、たとえば接続した基板またはチップからの光１０１１を検出する。上部フォトダイオード１００９は、外部光を電気信号に変換し、この電気信号をビア１００７を介して下部チップ７０１中のレーザ７０３、７０５の駆動部（図示せず）にリレーする。下部チップ７０１中のレーザ７０３、７０５は、この電気信号を光信号に変換して前に述べたように、バックプレーン・チャネル（この例では図示せず）にリレーされる光信号を再生する。

下部トランシーバ・チップ７０１上のフォトダイオード（フォトディテクタ）７０７がバックプレーン・チャネル（図示せず）中の光を検出／感知すると、反対方向の信号が生じる。フォトダイオード７０７は、この検出光を電気信号に変換する。この電気信号は、貫通ビア１００７を通って逆方向に進み、上部トランシーバ・チップ１００３中のレーザ１０１３のための駆動部（図示せず）に至る。上部チップ１００３中のレーザ１０１３は、光信号を再生し、この光信号１０１５を外部シンク、たとえばボードにリレーする。

図１３に、バックプレーン取付け構造すなわちバックプレーン用光ソケット１１００の例を示す。この例では、デュアル・チップ型電気光学トランシーバ１０００が、バックプレーン４０３に接続され、かなり粗い位置合わせを許容する光プラグを容易に取り付けるためのフランジ構造１１０５中にはめ込まれる。

図１４に、バックプレーン用光ソケット１１００のメスのフランジ構造中に挿入されるオスの光プラグ１２０１を示す。プラグ１２０１は、光入力１２０３および光出力１２０５を搬送するファイバ１２０３、１２０５を含む。プラグ１２０１は、デュアル・チップ型トランシーバ構造１０００の上部チップ１００３に対向して機械的に接する。この接触接続部は、任意選択で、光学ゲルで増強することができる未加工の光インターフェース１２０９を形成する。したがって、ファイバ損失が無視できる程度のものという条件では、この接続部で損失が大きいのはインターフェース１２０９だけである。プラグ１２０１および連結されたケーブル１２０３、１２０５は、以下でさらに説明するように、この同じバックプレーン４０３に差し込まれる回路ボードに接続するか、あるいは、損失が許容される場合には、ケーブル１２０３、１２０５を別のバックプレーン（図示せず）に接続して、本発明を複数のフレームに拡張することができることに留意されたい。

図１５に、本発明の好ましい実施形態によるボード−バックプレーン間コネクタ・アセンブリ１３００の例を示す。ボード−バックプレーン用光ジャンパ１３１０は、光ケーブル１２０３、１２０５のいずれか一方の端に取り付けられた１対のプラグ１２０１および１３０２を含み、回路ボード１３０１をバックプレーン（この例では図示せず）に接続する。ボードの光ソケット上のばねクランプ１３０３が、基板側プラグ１３０２を定位置に保持し、それによって、たとえば図１２のトランシーバ１０００にかなり類似したボード上のトランシーバ構造１３０４への光学的な接続を提供する。ばね１３０９が光ジャンパ１３１０全体にわたって取り付けられており、それによって、十分な光学的結合のための張力が提供され、バックプレーン用光ソケットにプラグ１２０１が挿入された状態が維持される。

図１６に、バックプレーン４０３に取り付けられた好ましいボード４０１の例を示す。ボード４０１が縁部で、バックプレーン４０３上の一般的な電気的エッジ・コネクタ１４０９に挿入される。コネクタ／ケーブル・アセンブリ１３００の光ジャンパ１３１０は、ボード４０１をバックプレーン４０３に光学的に接続する。コネクタ／ケーブル・アセンブリ１３００のばね１３０９がボード４０１上に取り付けられ、バックプレーン側プラグ１２０１をバックプレーン用光ソケット１１００中で強制的に保持する。ボード４０１が電気的エッジ・コネクタ１４０９に挿入されるとき、各バックプレーン側プラグ１２０１が、バックプレーン用光ソケット１１００の光コネクタ１１００と自動的に結合して光学的な接続が行われることが好ましい。光信号は、トランシーバ１０００、１３０４の両方で反復され、その結果、全接続損失は、プラグ１２０１、１３０２における２つの未加工のインターフェースによるものである。プラグ−プラグ間のリンク使用量は十分に大きく（３〜６ｄＢ、あるいは必要な場合にはさらに大きく）なり得るので、機械的公差は緩くすることができ、これらのプラグおよびフランジ構造のコストは非常に低くなり得る。

各コネクタ／ケーブル・アセンブリ１３００は、並列バス相互接続のために用いることができることに留意されたい。たとえば、中心間距離１２５ミクロンのレーザの線形アレイによって、２列のファイバを有する１インチ（２．５４ｃｍ）幅のプラグが、８０個の入力信号および８０個の出力信号に容易に対応できるはずである。このことを用いて、以下に論じるようにパリティ信号および制御信号を有する８バイト・バスを実現することができる。このようなプラグは、電話用のジャックと同じようにフォーム・ファクタ（形状係数）および公差を有するであろう。

図１７に、１対のトランシーバ１５０２、１５０４を、積み重ねるのではなくバックプレーン１５０６上で横に並べて搭載した代替実施形態の例１５００を示す。この実施形態では、フランジ１５０８内部に、リピータ・チップ１５０４のみが搭載され、プラグ（図示せず）に結合される。バックプレーンの導波路に結合するバックプレーン・チップ１５０２は、ソケット１５０８の外部でバックプレーン１５０６に連結する。２つのトランシーバ１５０２、１５０４は、バックプレーン配線１５１０を介して、所望の速度に対応するのに十分に短い距離で接続される。

図１８に、光信号が各ボード１６０２、１６０４内に含まれる代替実施形態の別の例１６００を示す。この実施形態では、バックプレーン配線１６０６中を通る電気ボード信号は、電気光学トランシーバ１６０８まで極めて短い距離しか移動しない。

図１９に、すべてのレーザ１７０２、１７０４およびフォトダイオード１７０６、１７０８が、単一の光学電子チップ１７１２の同じ表面１７１０上にある、単一チップの代替実施形態１７００を示す。この実施形態では、上部発光レーザ１７０２および上部光検出器１７０６がともに底面１７１０上にあり、光信号は、チップ１７１２中の光ビア１７１４、１７１６、たとえば、屈折率の一致した材料を通過する。

任意選択で、上記実施形態のトランシーバ・チップをバックプレーンにはんだ付けすることができる。しかしながら、構成部品をこのように恒久的に取り付けると、保守上の問題が生じる恐れがある。トランシーバが機能しなくなった場合、このアセンブリは、分解せずに修理することができず、不良のトランシーバのはんだをはがしてバックプレーンから取り除き、新しいものをはんだ付けする。この分野では、こうした作業が現実的でないことがわかっている。そのため、一般に、システムは、交換を必要とし得る能動素子が恒久的あるいは半恒久的に取り付けられていない（はんだ付けされていない）完全に受動的なバックプレーンを有する。

したがって、図２０に、好ましいバックプレーン・サブアセンブリ１８００の例を示す。バックプレーン・サブアセンブリ１８００は、バックプレーン・チャネルに結合したグレーティング構造７００を備えたバックプレーン４０３およびトランシーバ・チップ７０１とグレーティング７１５の間に突き合せ接続部を含む受動的構造である。グレーティング構造７００は、光学的接着剤で恒久的に取り付けられ、好ましい受動的バックプレーン・サブアセンブリ１８００の一部になる。

図２１に、この突き合せ接続を円滑に行うところを示す。バックプレーン・サブアセンブリ１８００上でグレーティング構造の周りにメス型フランジ構造１９０１を装着してガイドを設ける。加えて、フランジ構造１９０１中の金属フィンガ１９０３により、差込み可能ユニット１９０４への電気的接続が容易になる。差込み可能ユニット１９０４は、支持構造１９０５に接合したトランシーバ・チップ７０１を含む。金属フィンガ１９０３は、このチップ上の側面の電気接点（図示せず）に接触し、チップ用の電力を供給する。ユニット１９０４は、バックプレーン上でグレーティング構造に突き合せて結合され、このバックプレーンは完全に受動的であり、トランシーバは完全に保守可能である。トランシーバが故障した場合、このトランシーバ・アセンブリは取り外すことができ、故障したトランシーバを新しいトランシーバ・ユニット１９０４に交換し、代替品として差し込むことができる。

図２２に、図１８の実施形態に類似しているが、交換可能なトランシーバ２００２を備えた代替実施形態を示す。ボード１６０２は、バックプレーン２００４に電気的に接続される。トランシーバ２００２はボード・コネクタ２００６に物理的に隣接しており、ボード信号は、短いバックプレーン配線２００８で電気光学トランシーバ２００２に接続される。この実施形態は、図２２ではトランシーバ２００２が容易に交換可能である点を除き、図１８の実施形態と実質的に同じように動作する。

図２３に、最悪ケースのシステム経路２１００、たとえば、図５のバックプレーン・アセンブリ４００の場合の代表例を概略的に示す。インバータ２１０２から発する電気信号は、たとえば図６のボード１のような第１のボード上の第１のレーザ２１０４で光に変換される。この光は、光ジャンパ２１０６を通過し、バックプレーン・トランシーバ２１０８、たとえば、図１２のチップ１００３に至る。光検出器２１１０は、この光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーは増幅器２１１２で増幅される。レーザ・ダイオード２１１４で、増幅器２１１２の出力が変換されて光に戻る。レーザ・ダイオード２１１４は、バックプレーン、たとえば上記で説明した、この例では１ｍ長の４０１における光チャネル２１１６を駆動する。光チャネル２１１６の他端にある別のトランシーバ２１２０中の光検出器２１１８は、バックプレーン光チャネル２１１６からの光エネルギーを電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを増幅器２１２２で増幅する。増幅器２１２２の出力を、レーザ・ダイオード２１２４で変換して光に戻す。レーザ・ダイオード２１２４は、バックプレーン光チャネル２１１６の他端にある受信ボード（たとえば、図６のボードＮ）に接続された別の光ジャンパ２１２６を駆動する。十分な光エネルギーが届いた場合には、受信ボードの光検出器２１２８は、受信した光エネルギーを電気エネルギーに変換する。光検出器２１２８からの電気エネルギーは、増幅器２１３０で増幅され、かつボード上に分配される。

従って、この例では、信号変換を６回行い、１ｍの距離を伝送する。各変換には１０ピコ秒程度かかり、伝送時間は約５ナノ秒である。従って、端から端までの待ち時間は、約５ナノ秒の伝送時間によってほぼ決まる。チャネル周波数は、経路中で最も遅い増幅器の応答および／もしくは並列バスの場合には信号間のスキューによって制限される。

そのため、上記で示した８バイト・バスの例では、８バイト量子の全ビット用のトランシーバは同じチップ上に存在し、それによって応答変動およびスキューを最小限に抑える。さらに、並列バスの応用例では、信号は送信元に同期して、すなわち、予備のバス信号の１つとして付随するクロック信号とともに送られるべきである。さらに、電気光学デバイスおよび増幅器の応答は数十ピコ秒の範囲なので、この構成は、特殊な信号技術を用いることなく、数ＧＨｚ（おそらくは１０ＧＨｚ）の信号に容易に対応することができる。また、このような動作速度では、待ち時間は伝送時間（この例では５ナノ秒）によって決まるので、チャネルの待ち時間は数サイクルになる。

待ち時間が数サイクル長になると、共用バスの実現に対して、難しいアービトレーション（調停）の問題が生じる。具体的には、バックプレーン上の２枚のボード間において信号待ち時間は、主にこれら２枚のボード間のバックプレーン上の物理的な距離によって決まる。上記の例からわかるように、この距離は、隣接するボード間の場合の数インチ（１インチ＝２．５４ｃｍ）（したがって、１サイクルまたは２サイクル）から、長くて１ｍ（数十サイクル）までの値をとる。したがって、共用バス・システム中のボードがすべてバスを取り合うとき、要求信号が各基板のバス・アービトレータに到達するのにかかる時間は、要求を出している基板がそれぞれバックプレーン上のどこに存在するかに応じて異なる。さらに、互いに異なるボードは、到達順を異なって理解することがある。各ボードは、同じ整合性のある順序でこれらの要求を理解できない可能性が高いので、アービトレーション・プロトコルは、アービトレーション・ロジックが整合性のあるバス許可決定を行うことを保証する必要がある。

たとえば、制御チャネルのうちＮ個のバックプレーン物理チャネルを、各ボードごとの「バス要求」信号用に割り当てる。各「バス要求」信号は、アサート（オン）のみの信号である。すなわち、「バス要求」信号は、ボードがバスを要求するときにのみアサートされる（たとえば、光エネルギーを搬送する）。さらに、「バス要求」信号は、要求を出しているボードにバス制御が許可されるまでアサート（オン）されたままになる。一般に、アービトレータ（調停者）またはアービトレーション・マスタ・ボード（たとえば、バックプレーン上で物理的に最も中央に位置するボード）が、受信要求の受付順序と整合をとってボードからの要求を許可する。各基板（アービトレータ以外の）には、識別番号（identification）またはバス許可ＩＤが割り当てられる。アービトレータは、ボードのうちの１つのバス許可ＩＤを選択することによってバス制御を許可する。これは、たとえば、バス許可信号を送る専用のｌｏｇ_２（Ｎ）＋１のバス許可チャネル上にＩＤを供給する、あるいは、１６進数で光学的に許可ＩＤ信号を送ることによって行われる。同様に、アービトレータは、８０ピンのバス上に到達するバス許可ＩＤを、バス許可ＩＤを有するボードに到達する送信元同期クロックに同期させる。

図２４に、好ましい実施形態のバス用の一般的な光バス・プロトコルのタイミング図の例を示す。ここで、単一のアービトレーション・ボード（サービス・プロセッサによって一意的に選択される）が、たとえば好ましい実施形態のバックプレーンに接続された任意の適当な数の基板間の通信を処理する。この例では、選択された要求側ボードのためのタイミングを示す。最初に、要求側ボードは、そのバス要求（ＢＵＳ ＲＥＱ）信号２２０１をオン（アサート）してバス・アクセスを要求する。複数のボードが同時にバス・アクセスを要求することがあり得るので、アービトレーション・ボードは、複数の要求側基板の中から選択する。すなわち、ボード識別番号（ＢＯＡＲＤ ＩＤ＃）データ・ライン２２０３上の選択されたボードの識別番号（ＩＤ＃）を判別することによって１つのボードを選択する。次いで、アービトレーション・ボードは、バス許可（ＢＵＳ ＧＲＡＮＴ）制御ライン２２０５上にトリガ・パルスを出し、選択したボードにバス制御を許可する。ある時間の後、すなわち、アービトレーション・ボードから最も遠いボードまでのバックプレーン伝搬遅延時間後、すべてのボードは、選択されたボードの識別番号を検出し、選択されたボードがバスを有することを認識する。次に、選択された基板は、バス・マスタになり、そのデータ２２０７、（この例では４つの連続パケット）を送出する。この選択されたバス・マスタ・ボードは、並列かつ同時に、そのクロック２２０９、すなわち、ソース同期クロックをデータ２２０７に関連するクロック・チャネル上に供給する。残りのすべての（選択されていない）ボードは、データの受信をクロック２２０９に同期させて、バス・マスタ基板からデータを取得する。データ転送の完了時に、バス要求（ＢＵＳ ＲＥＱ）信号２２０１が立ち下がり、バスが別の要求元に使用可能であることをアービトレーション・ボードに知らせる。

上記で述べかつ図２５の例２３００で示すように、アービトレーション・ボードは、新たに挿入されたボードが図１０を参照して上記で説明した分割レシーバ型の光トランシーバ９００を有するときはいつも、図１１の光学的連続性（導通）チェック９２０を管理する。新しいボードがバックプレーンまたはフレームに差し込まれると、サービス・プロセッサは、どのスロットが存在するかをアービトレーション・ボードに伝え、新しいボードにはそれがアービトレーション・ボードではないことを伝える。アービトレーション・ボードは、非割当スロットからの擬似（sprious）バス要求信号を無視する。ここで非割当スロットは、アービトレーション・ボードにとっては空きである。さらに、アービトレーション・ボードは、ボードがそのスロット内にあることをサービス・プロセッサが知らせるまで、識別された空きスロットにあるボードを無視する。

ステップ２３０２において、技術員が空きスロットに新しいボードを差し込む。次いで、ステップ２３０４で、技術員が従前、空きであったスロットにボードを挿入したことをサービス・プロセッサに知らせる。サービス・プロセッサは、新しいボードがそのスロットに挿入されたことをアービトレーション・ボードに知らせる。その後、アービトレーション・ボードは、そのスロットからのバス要求を認識する。ステップ２３０６で、新たに追加したボードが、バス要求を出すことによってセルフ・テストを開始する。ステップ２３０８で、アービトレーション・ボードがバス要求を受信しない場合には、新しいボードはタイムアウトになり、ステップ２３１０で、技術員はサービス・プロセッサから新しいボードに何か異常があることの通知を受ける。一方、ステップ２３０８で、アービトレーション・ボードが要求を受信した場合、最終的に、ステップ２３１２で、アービトレーション・ボードは、この新しいボードにバスを許可する。新しいボードは、バックプレーン上でワイヤードＯＲ（ＯＲ回路）されすべてのスロットに共通に接続されたテスト電気信号をオン（アサート）にする。次に、ステップ２３１４で、テスト信号がオンされた状態で、新しいボードは、所望の入出力（Ｉ／Ｏ）テストを実施することができる。「テスト（Test）」信号がオンされると、他のシステム・ボードは光バス上のアクティビティを無視する（すなわち、バス・アクティビティはドントケア（無指定）であり、ある種のテスト・パターンをコマンドとして見誤り、なんらかの誤った動作を行うことを防ぐ）。同時に、アービトレーション・ボードは、光学的連続性テストを調節する。連続性テストが長くかかり過ぎる場合には、ステップ２３１６で、アービトレーション・ボードはタイムアウトになり、ステップ２３１８で、別に共通に接続され、ワイヤードＯＲされたバックプレーン・ライン上にクリア・テスト（Clear Test）電気信号を送出する。このクリア・テスト（Clear Test）信号は、新しいボードに何か異常があることをサービス・プロセッサに通知する。また、新しいボードが「クリア・テスト」信号を認識すると、その光出力を遮断し、セルフ・テストを終了しようとする。一方、アービトレーション・ボードがタイムアウトになる前に、新しいボードがテストを終了した場合、ステップ２３２０で、この新しいボードは、クリア・テスト・ラインの完了を単に示すことによって完了信号を送出し、そのバス要求の光信号を立ち下げ、それによって動作準備が整う。

有利なことに、本発明は、最新技術のシステムに見られるすべての問題に対処する。具体的には、本発明は、バックプレーンに接続された複数枚のボードが存在する大規模なスイッチまたはサーバ環境を対象とする。本発明により、広範囲な導波路材料（すなわち、チャネル損失に耐性がある）を用いることができ、精密な機械的位置合わせの必要がなくなる（すなわち、ボード−バックプレーン間コネクタの大きな結合損失が許容される）。本発明により、１枚のボードから多分岐信号を送信することができ、それによって、複数のボードが、単一の物理的基盤構造（バックプレーン）に基づく広範囲なシステム・スケーリング（すなわち、数枚のボードから多数のボードまでの）で、信号を受信することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者には様々な改変および変更が想起されよう。すべてのこのような変形および改変は、特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。したがって、実施例および図面は、限定的なものではなく、例示的なものとみなすべきである。

まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。

（１）ボード−ボード間の信号配線および共用光バスを備えたバックプレーンと、
電子構成部品を搭載し、前記バックプレーンに取り付けられた複数の回路ボードと、
複数の光ジャンパであって、各光ジャンパが前記複数のボードの１つを前記バックプレーンに光学的に結合する、光ジャンパと、
各光ジャンパの各端部のある光トランシーバであって、前記光ジャンパから、前記バックプレーンのそれぞれの１つまたは前記複数のボードのそれぞれの１つに光信号をリレーする光トランシーバとを備える、電子システム。
（２）前記バックプレーンが、
前記バックプレーンの表面内部にある複数の光導波路であって、それぞれの導波路が前記共用光バス中の光配線チャネルである光導波路と、
前記複数の導波路と光学的に通信し、前記表面上のボード・タップ・ポイントを識別する、前記表面に取り付けられた複数の光学グレーティング構造とを備える多分岐型バックプレーンである、上記（１）に記載の電子システム。
（３）前記多分岐型バックプレーンが受動的バックプレーンであり、突き合せ（butting）接続部によって光トランシーバが前記複数の光学グレーティングに接続される、上記（２）に記載の電子システム。
（４）前記突き合せ接続部がそれぞれ、
前記ボード・タップ・ポイントの１つで前記多分岐型バックプレーンに取り付けられたメス型フランジ構造と、
前記メス型フランジに挿入された差込み可能なユニットと備え、前記差込み可能なユニットが支持構造に接合したトランシーバ・チップを含み、前記トランシーバ・チップが前記光学グレーティング構造の１つに突き合せて接続され、そのため、前記差込み可能なユニットが故障した場合にそれを取り外し交換することができる、上記（３）に記載の電子システム。
（５）前記突き合せ接続部が、前記メス型フランジ構造中に前記トランシーバ・チップに接触する金属フィンガをさらに備え、前記金属フィンガによってチップ用の電力が前記トランシーバ・チップに供給される、上記（４）に記載の電子システム。
（６）前記突き合せ構造が光ジャンパの一端部である、上記（５）に記載の電子システム。
（７）前記光トランシーバがそれぞれ、前記複数の光学グレーティングの対応する１つで前記バックプレーンにはんだ付けされる、上記（２）に記載の電子システム。
（８）前記複数の光学グレーティングがそれぞれ、
光導波路材料と同等な光屈折率（matched index）を有する材料の各端部でテーパが付けられた同等屈折率層と、
前記各端部における低屈折率材料と、
一方の表面から他方の表面に光エネルギーの一部を通過させる前記同等屈折率層中のグレーティングと、
前記一方の表面から前記他方の表面に通過する入射レーザ・エネルギーが、前記グレーティングから離れて互いに反対の方向に向かうように角度付けられた、前記同等屈折率層中の１対のミラーとを備える、上記（２）に記載の電子システム。
（９）前記グレーティングが前記１対のミラー間に配置される、上記（８）に記載の電子システム。
（１０）前記光学グレーティングにおける前記光トランシーバがそれぞれ、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードと対向する側に位置する１対のレーザ・ダイオードとを備える、上記（９）に記載の電子システム。
（１１）前記グレーティングが第１のグレーティングであり、第２のグレーティングをさらに備え、前記第１のグレーティングおよび前記第２のグレーティングが前記１対のミラーと対向する側に配置される、上記（８）に記載の電子システム。
（１２）前記光学グレーティングにおける前記光トランシーバがそれぞれ、
１対のフォトダイオードと、
１対のレーザ・ダイオードとを備え、前記１対のフォトダイオードが前記１対のレーザ・ダイオードと対向する側に配置される、上記（１１）に記載の電子システム。
（１３）前記光トランシーバがそれぞれ、
光エネルギーを受け取り、受け取ったエネルギーを電気エネルギーに変換するフォトダイオードと、
電気エネルギーを増幅する増幅器と、
増幅された前記電気エネルギーによって駆動される少なくとも１つのレーザ・ダイオードとを備える、上記（８）に記載の電子システム。
（１４）前記複数の光トランシーバのうち複数のものが前記グレーティング構造に配置される、上記（１３）に記載の電子システム。
（１５）前記グレーティング構造に配置された前記複数の光トランシーバが、背中合わせに取り付けられ、互いに電気的に通信する、上記（１４）に記載の電子システム。
（１６）前記グレーティング構造に最も近接して位置する前記背中合わせに取り付けられたトランシーバの前記各光トランシーバ中の前記少なくとも１つのレーザ・ダイオードが、前記フォトダイオードと対向する側に位置する１対のレーザ・ダイオードをさらに含む、上記（１５）に記載の電子システム。
（１７）前記複数の光トランシーバの他のものが、前記タップ・ポイントに隣接する光ソケット中に配置される、上記（１４）に記載の電子システム。
（１８）前記グレーティング構造に最も近接して配置される前記各光トランシーバ中の前記少なくとも１つのレーザ・ダイオードが、前記フォトダイオードと対向する側に位置する１対のレーザ・ダイオードをさらに含む、上記（１７）に記載の電子システム。
（１９）前記光ソケットが、個々の前記光トランシーバの各側面においてテーパ付きフランジを含み、前記テーパ付きフランジがそれぞれ、前記バックプレーンに直交して取り付けられ、それによって光プラグを受ける、上記（１７）に記載の電子システム。
（２０）前記光ソケット中の電気コネクタが、前記バックプレーンから、１つ以上の各前記テーパ付きフランジに沿って延長される、上記（１９）に記載の電子システム。
（２１）前記個々の光トランシーバがそれぞれ、前記電気コネクタから電力を受ける、上記（２０）に記載の電子システム。
（２２）前記多分岐型バックプレーンが受動的バックプレーンであり、前記それぞれの光トランシーバが、突き合せ接続によって前記複数の光学グレーティングのそれぞれ１つに接続される、上記（２１）に記載の電子システム。
（２３）前記複数の回路ボードのうち複数のものが、前記電気コネクタを介して、対応する個々の光トランシーバに接続される、上記（２２）に記載の電子システム。
（２４）複数の前記光ジャンパが、接続された回路ボードと前記多分岐型バックプレーンの間で複数の並列光信号を接続する、上記（２３）に記載の電子システム。
（２５）前記複数の光信号が少なくとも１バイト幅である、上記（２４）に記載の電子システム。
（２６）前記複数の光信号が、複数バイト幅であり、複数の制御信号をさらに含む、上記（２４）に記載の電子システム。
（２７）前記個々の光トランシーバが支持構造に接合され、前記個々の光トランシーバおよび接合した前記支持構造が前記光プラグを形成し、それによって、前記光プラグが故障した場合に取り外されかつ交換される、上記（２６）に記載の電子システム。
（２８）前記突き合せ構造が光ジャンパの一端部である、上記（２７）に記載の電子システム。
（２９）ボード搭載表面内部にある複数の光導波路であって、それぞれの導波路が共用可能な光バス中の光配線チャネルである光導波路と、
前記光導波路の対応するものに光学的に接続され、前記ボード搭載表面上のボード・タップ・ポイントを識別する、前記ボード搭載表面に取り付けられた複数の光学グレーティング構造とを備える、ボード−ボード間の信号配線および共用可能な光バスを備えた多分岐型バックプレーン。
（３０）前記複数の光学グレーティングがそれぞれ、
光導波路材料と同等な光屈折率を有する材料の各端部でテーパが付けられた同等屈折率層と、
前記各端部における低屈折率材料と、
一方の表面から他方の表面に光エネルギーの一部を通過させる前記同等屈折率層中のグレーティングと、
前記一方の表面から前記他方の表面に通過する入射レーザ・エネルギーが、前記グレーティングから離れて互いに反対の方向に向かうように角度付けられた、前記同等屈折率層中の１対のミラーとを備える、上記（２９）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３１）前記グレーティングが前記１対のミラー間に配置される、上記（３０）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３２）前記グレーティングが第１のグレーティングであり、第２のグレーティングをさらに備え、前記第１のグレーティングおよび前記第２のグレーティングが前記１対のミラーと対向する側に配置される、上記（３０）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３３）受動的バックプレーンであり、突き合せ接続によって前記複数の光学グレーティングが光トランシーバに接続可能である、上記（３０）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３４）前記突き合せ接続部が、
前記ボード・タップ・ポイントの１つで前記ボード搭載表面に取り付けられたメス型フランジ構造と、
前記メス型フランジに挿入された差込み可能なユニットと備え、前記差込み可能なユニットが支持構造に接合したトランシーバ・チップを含み、前記トランシーバ・チップが前記光学グレーティング構造の１つに突き合せて接続され、そのため、前記差込み可能なユニットが故障した場合にそれを取り外し交換することができる、上記（３３）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３５）前記突き合せ接続部が、フランジ構造中に前記トランシーバ・チップに接触する金属フィンガをさらに備え、前記金属フィンガによってチップ用の電力が前記トランシーバ・チップに供給される、上記（３４）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３６）１つ以上の光ソケット中の前記電気コネクタのうち複数のものが、回路ボードのエッジ・コネクタに接続する、上記（３５）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３７）前記ボード搭載表面にはんだ付けされ、前記複数の光学グレーティングの１つに配置される光トランシーバをさらに含む、上記（３０）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３８）前記光トランシーバがそれぞれ、
フォトダイオードと、
入力を増幅する前記フォトダイオードに接続された増幅器と、
増幅器出力に接続された少なくとも１つのレーザ・ダイオードとを含む、上記（３７）に記載の多分岐型バックプレーン。
（３９）前記光トランシーバが、第２の光トランシーバに背中合わせに取り付けられ、入力と出力に互いに接続される、上記（３８）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４０）前記少なくとも１つのレーザ・ダイオードが、前記グレーティング構造で前記各光トランシーバ中の１対のレーザ・ダイオードの１つであり、前記１対のレーザ・ダイオードが前記フォトダイオードと対向する側に配置される、上記（３９）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４１）前記複数の光トランシーバの他のものが、前記タップ・ポイントに隣接する光ソケット中に配置される、上記（４０）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４２）前記光ソケットが、個々の前記光トランシーバの各側面においてテーパ付きフランジを含み、前記テーパ付きフランジがそれぞれ、前記バックプレーンに直交して取り付けられ、それによって光プラグを受ける、上記（４１）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４３）前記光ソケット中の電気コネクタが、前記表面から、１つ以上の各前記テーパ付きフランジに沿って延長される、上記（４２）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４４）前記電気コネクタの複数のものが電力接続部である、上記（４３）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４５）１つ以上の光ソケット中の前記電気コネクタのうち複数のものが、回路ボードのエッジ・コネクタに接続する、上記（４４）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４６）複数の前記タップ・ポイントが、複数の並列導波路に光学的に接続された複数の光学グレーティングを含む、上記（４５）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４７）前記複数の並列導波路が少なくとも１バイト幅である、上記（４６）に記載の多分岐型バックプレーン。
（４８）選択した光屈折率を有する光学的透過材料の層と、
選択した光屈折率よりも小さい光屈折率を有する両端部における材料と、
一方の表面から他方の表面に光エネルギーの一部を通過させる前記層内部のグレーティングと、
前記一方の表面から前記他方の表面に通過する入射光エネルギーが、前記他方の表面に沿い前記グレーティングから離れて互いに反対の方向に向かうように角度付けられた、前記層内部の１対のミラーとを備える、両端部でテーパが付けられた光学グレーティング構造。
（４９）前記グレーティングが前記１対のミラー間に配置される、上記（４８）に記載の光学グレーティング構造。
（５０）前記グレーティングが第１のグレーティングであり、第２のグレーティングをさらに備え、前記第１のグレーティングおよび前記第２のグレーティングが前記１対のミラーと対向する側に配置される、上記（４８）に記載の光学グレーティング構造。
（５１）多分岐型バックプレーンに取付け可能なトランシーバ型グレーティングである、上記（５０）に記載の光学グレーティング構造。
（５２）ａ）第１の光源から光信号を送るステップと、
ｂ）前記光信号のために第１の光レシーバをチェックするステップと、
ｃ）第２の光源から光信号を送るステップと、
ｄ）前記光信号のために第２の光レシーバをチェックするステップとを含む、光学的接続の連続性チェックを行う方法。
（５３）前記第１の光源、前記第１の光レシーバ、前記第２の光源および前記第２の光レシーバがそれぞれ、共通の光学グレーティング構造内にある、上記（５２）に記載の光学的接続の連続性チェックを行う方法。
（５４）前記共通の光学グレーティング構造が、バックプレーンの光チャネルに隣接して配置され、前記光信号がそれぞれ、前記光チャネルに転送される、上記（５３）に記載の光学的接続の連続性チェックを行う方法。
（５５）それぞれの前記第１の光源、前記第１の光レシーバ、前記第２の光源および前記第２の光レシーバが、光トランシーバを形成する、上記（５２）に記載の光学的接続の連続性チェックを行う方法。
（５６）前記光信号が第１のデータ値であり、第２のデータ値がそれに続く、上記（５２）に記載の光学的接続の連続性チェックを行う方法。
（５７）ａ）新たに挿入されたボードの存在をアービトレーション・ボードに知らせるステップと、
ｂ）前記アービトレーション・ボードに光バス要求を送出するステップと、
ｃ）前記光バスへの接続の連続性チェックを行うステップと、
ｄ）前記連続性チェックを行うステップ（ｃ）が成功して完了した後に、通常の動作に戻るステップとを含む、光バックプレーンに新たに挿入されたボードの光学的接続のホット・テストを行う方法。
（５８）前記光バス要求を送出するステップ（ｂ）が、
ｉ）バス要求を出すステップと、
ｉｉ）バス許可を待つステップと、
ｉｉｉ）前記アービトレーション・ボードからバス許可を受け取るステップとを含む、上記（５７）に記載のホット・テストを行う方法。
（５９）ステップ（ｉｉ）で、選択した最大時間の後でも前記バス許可が受信されない場合、前記ホット・テストが終了し、ボード故障の指示が返される、上記（５８）に記載のホット・テストを行う方法。
（６０）連続性テストを行うステップ（ｃ）が、
ｉ）テスト条件をオン（アサート）にするステップと、
ｉｉ）光学的接続の連続性テストを開始するステップと、
ｉｉｉ）連続性テストが完了するのを待つステップとを含み、テスト完了が受信されない場合には、クリア・テスト（clear Test）条件をオンにする、上記（５７）に記載のホット・テストを行う方法。
（６１）連続性テストを行うステップ（ｉｉ）が、
Ａ）第１の光源から光信号を送るステップと、
Ｂ）前記光信号のために第１の光レシーバをチェックするステップと、
Ｃ）第２の光源から光信号を送るステップと、
Ｄ）前記光信号のために第２光レシーバをチェックするステップとを含む、上記（６０）に記載のホット・テストを行う方法。
（６２）ステップ（ｉｉｉ）で、選択した最大時間の後でも前記バス許可が受信されない場合、前記ホット・テストが終了し、ボード故障の指示が返される、上記（６１）に記載のホット・テストを行う方法。
（６３）ａ）バス・アクセスを要求するステップと、
ｂ）バス許可を受信するステップと、
ｃ）光バス上にデータおよびクロックを送出するステップとを含み、前記データが前記クロックに同期する、複数の光チャネルを通じてデータを転送する方法。
（６４）要求するステップ（ａ）が、
ｉ）バス許可識別番号（ＩＤ）チャネルを、対応するＩＤについて監視するステップと、
ｉｉ）前記対応するＩＤが前記バス許可ＩＤチャネル上にないときにはいつも、バス許可信号を無視するステップとをさらに含む、上記（６３）に記載の複数の光チャネルを通じてデータを転送する方法。
（６５）無視するステップ（ｉｉ）が、前記対応するＩＤが前記バス許可ＩＤチャネル上にないときはいつも、前記光バスから、前記光バス上の受信した対応するクロックに同期したデータを受信するステップをさらに含む、上記（６４）に記載の複数の光チャネルを通じてデータを転送する方法。
（６６）ステップ（ａ）におけるバス要求間で、前記光バスから、前記光バス上の受信した対応するクロックに同期したデータを受信するステップを含む、上記（６３）に記載の複数の光チャネルを通じてデータを転送する方法。
（６７）転送された前記データが複数のシステム・ボードの１つから発し、前記複数のシステム・ボードがそれぞれ、前記複数のシステム・ボードの他のものと非同期で動作する、上記（６３）に記載の複数の光チャネルを通じてデータを転送する方法。

それぞれ電気光学構成部品を搭載した２枚の回路ボードを連結する受動的バックプレーンを備えた最新技術の電気光学アセンブリの例を示す。 バックプレーンおよび回路ボードの一方あるいは両方の一般的ボード構造の互いに直交する一般的な断面図の例である。 バックプレーンおよび回路ボードの一方あるいは両方の一般的ボード構造の互いに直交する一般的な断面図の例である。 大規模スイッチまたはサーバ用バックプレーンにおける多分岐型バックプレーンの例を示す。 本発明の実施形態に基づくバックプレーン・アセンブリの例を示す。 図５の自己完結型バックプレーンのファンアウトを示す。 実現可能なボード数Ｎと１つのグレーティング当たりの非結合出力光の関係を示す。 本発明の好ましい実施形態による、チップ中のトランシーバ光学系をボードまたはバックプレーン上の光チャネルに結合するグレーティング構造の断面図の例を示す。 好ましいグレーティング構造および、ボード構造、たとえばバックプレーン上に搭載されたチップの例を示す。 代替実施形態のグレーティング構造の例を示す。 図１０のグレーティング構造を備えたボードの連続性チェックを行う方法を示す。 外部光源／光シンクからの光信号をバックプレーン上のトランシーバに結合するための構造の例を示す。 バックプレーン取付け構造の例を示す。 メスのフランジ構造中に挿入されたオスの光プラグを示す。 本発明の好ましい実施形態に基づくボード−バックプレーン間コネクタ・アセンブリの例を示す。 バックプレーンに取り付けられた好ましいボードの例を示す。 １対のトランシーバを積み重ねるのではなく横に並べて搭載した代替実施形態の例を示す。 光信号が各基板内に含まれる代替実施形態の別の例を示す。 すべてのレーザおよびフォトダイオードが単一の光学電子チップの同じ表面上にある単一チップの代替実施形態を示す。 好ましい受動的バックプレーン構造の例を示す。 図２０の受動的バックプレーンへの突き合せ接続を円滑に行うところを示す。 図１８の実施形態に類似しているが、交換可能なトランシーバを備える代替実施形態を示す。 最悪ケースのシステム経路の代表例の概略図である。 好ましい実施形態のバスのための一般的な光バス・プロトコルのタイミング図の例である。 アービトレーション・ボードが、上記で説明した図１１の光学的連続性チェックをどのように処理するかの例を示す。

符号の説明

１００ 電気光学アセンブリ
１０１ 受動的バックプレーン
１０３ 回路ボード
１０５ 電気光学構成部品、光構成部品モジュール
１０７ コネクタ
１０８、１１０、１１２、１１４、 チップ
２００ 受動的ボード構造
２０１ バックプレーン／ボード用誘電体材料
２０３ 電気配線チャネル
２０５ 光配線チャネル、光導波路
２０７ 充填材料
３００、４０３ バックプレーン
３０２ ボード
４００ バックプレーン・アセンブリ
４０１ ボード
４０３ バックプレーン
４０５ 光トランシーバ
５００ レーザ光源
５０１、５０２ 端部
５０３ グレーティング結合部、光学グレーティング
５０５ 光路、経路、バックプレーン・チャネル
５０９ 左端部
６００、６０２、６０４ カーブ
７００ グレーティング構造
７０１ トランシーバ・チップ
７０３、７０５ レーザ
７０９ 同等屈折率層
７１１ 低屈折率層
７１３ ミラー
７１５ グレーティング
７１７ 電力接続部
９００ トランシーバ
９０２、９０４ フォトダイオード
９２０ 光学的連続性チェック
１０００ 構造、デュアル・チップ型電気光学トランシーバ
１００３ 第２チップ
１００５ はんだインターフェース
１００７ 貫通ビア
１００９ フォトダイオード
１０１１ 光
１０１３ レーザ
１０１５ 光信号
１２０１ 光プラグ、バックプレーン・プラグ
１２０３ 光入力（ファイバ、光ケーブル）
１２０５ 光出力（ファイバ、光ケーブル）
１２０９ 光インターフェース
１３００ ボード−バックプレーン間コネクタ・アセンブリ、コネクタ／ケーブル・アセンブリ
１３０２ 光プラグ、ボード側プラグ
１３０３ ばねクランプ
１３０４ ボード上トランシーバ構造
１３０９ ばね
１３１０ ボード−バックプレーン用光ジャンパ
１４０９ 電気エッジ・コネクタ
１５００、１６００、１７００ 代替実施形態
１５０２ トランシーバ、バックプレーン・チップ
１５０４ トランシーバ、リピータ・チップ
１５０６ バックプレーン
１５０８ フランジ、ソケット
１５１０ バックプレーン配線
１６０２、１６０４ ボード
１６０６ バックプレーン配線
１６０８ 電気光学トランシーバ
１７０２、１７０４ レーザ
１７０６、１７０８ フォトダイオード
１７１０ 表面
１７１２ 光学電子チップ
１７１４、１７１６ 光ビア
１８００ バックプレーン・サブアセンブリ
１９０１ メス型フランジ構造
１９０３ 金属フィンガ
１９０４ 差込み可能ユニット
１９０５ 支持構造
２００２ トランシーバ
２００４ バックプレーン
２００６ ボード・コネクタ
２００８ バックプレーン配線
２２０１ バス要求（ＢＵＳ ＲＥＱ）信号
２２０３ ボード識別番号（ＢＯＡＲＤ ＩＤ＃）データ・ライン
２２０５ バス許可（ＢＵＳ ＧＲＡＮＴ）制御ライン
２２０７ データ
２２０９ クロック

Claims (13)

1. 複数の回路ボードを光学的に接続するための接続装置であって、
   前記複数の回路ボード間の信号配線および光導波路を備えたバックプレーンと、
   前記バックプレーンの上側に備えられた複数の光トランシーバと、
   前記光トランシーバの各々に、前記複数の回路ボードの各々を、光学的に接続する複数の光ジャンパと、
   を備え、
   前記光トランシーバが、前記バックプレーンの上側に置かれた第１のチップと、前記第１のチップの上側に置かれた第２のチップと、前記第１のチップと第２のチップとを電気的に接続するビアとを備え、
   前記第２のチップは、前記光ジャンパからの光信号を受信するフォトダイオードを備え、
   前記第１のチップは、レーザ・ダイオードを備え、該レーザ・ダイオードは、前記フォトダイオードからビアを介して送られる、前記光信号から変換された電気信号により駆動されて、前記バックプレーンへと光信号を出力する、
   接続装置。
2. 前記第１のチップが、前記光導波路から光信号を受信するためのフォトダイオードをさらに備え、
   前記第２のチップが、レーザ・ダイオードをさらに備え、前記第１のチップのフォトダイオードからビアを介して送られる、前記光導波路からの光信号から変換された電気信号により駆動されて、前記ボードへと光信号を出力する、請求項１記載の接続装置。
3. 前記第１のチップが、レーザ・ダイオードを２つ備え、各レーザ・ダイオードは、前記第２のチップのフォトダイオードからビアを介して送られる、前記光信号から変換された電気信号により駆動されて、前記バックプレーンへと光信号を出力し、該２つのレーザ・ダイオードは、前記光導波路に沿う方向に、前記第１のチップのフォトダイオードを挟んで、互いに反対側に備えられ、前記第１のチップのフォトダイオードは、該２つのレーザから出力された光は感知しない、請求項２記載の接続装置。
4. 前記第１のチップを前記バックプレーンに光学的に結合するグレーティング構造をさらに備え、
   前記グレーティング構造は、
   光導波路材料と同等な光屈折率（matched index）を有する材料の各端部でテーパが付けられた同等屈折率層と、
   前記各端部における低屈折率材料と、
   光導波路から前記第１のチップの前記フォトダイオードへと光エネルギーの一部を通過させる前記同等屈折率層中のグレーティングと、
   前記第１のチップの２つのレーザからの各出力が、前記グレーティングから離れて互いに反対の方向に向かうように角度付けられた、前記同等屈折率層中の１対のミラーとを備える、請求項３に記載の接続装置。
5. 複数の回路ボードを光学的に接続するための装置であって、
   前記複数の回路ボード間の信号配線および光導波路を備えたバックプレーンと、
   前記バックプレーン上に備えられた複数の光トランシーバと、
   前記光トランシーバの各々に、前記複数の回路ボードの各々を、光学的に接続する複数の光ジャンパと、
   を備え、
   前記光トランシーバが、前記バックプレーンの上側に置かれた第３のチップと、前記第３のチップの上側に置かれた第２のチップと、前記第３のチップと第２のチップとを電気的に接続するビアを備え、
   前記第２のチップは、前記光ジャンパからの光信号を受信するフォトダイオードを備え、
   前記第３のチップは、所定の間隔で置かれた第１のレーザ・ダイオード及び第２のレーザ・ダイオードと、該第１及び第２のレーザ・ダイオードをはさんで、互いに相対する位置に置かれた第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードとを備え、該第１及び第２のレーザ・ダイオードは、前記第２のチップのフォトダイオードからビアを介して送られる、前記光信号から変換された電気信号により夫々駆動されて、前記バックプレーンへと光信号を出力し、該第１及び第２のフォトダイオードは、夫々、該第１及び第２のレーザ・ダイオードから送出された光をも感知する、
   接続装置。
6. 前記第３のチップを前記バックプレーンに光学的に結合するグレーティング構造をさらに備え、
   前記グレーティング構造は、
   光導波路から前記第３のチップの前記第１及び第２のフォトダイオードへと光エネルギーの一部を夫々通過させる第１のグレーティング及び第２のグレーティングと、
   前記第１のレーザ・ダイオードからの出力光を挟むように所定の間隔をあけて対向して配置された２枚のミラーであって、該第１のグレーティングに近づくように夫々角度付けられており、これにより、該出力光が前記第２のレーザ・ダイオードが在る側とは反対側に向かう、２枚のミラーと、
   前記第２のレーザ・ダイオードからの出力光を挟むように所定の間隔をあけて対向して配置された２枚のミラーであって、該第２のグレーティングに近づくように夫々角度付けられており、これにより、該出力光が前記第１のレーザ・ダイオードが在る側とは反対側に向かう、２枚のミラーと、
   を備える、請求項５に記載の接続装置。
7. 前記光トランシーバが、前記第２のチップのフォトダイオードの出力を増幅するための、増幅器をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項記載の接続装置。
8. 前記バックプレーンが、多分岐型バックプレーンであり、突合せ（butting）接続部によって光トランシーバが前記複数の光学グレーティングに接続される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の接続装置。
9. 前記突合せ接続部がそれぞれ、
   前記バックプレーンに対して直交方向に取り付けられたメス型フランジと、
   前記メス型フランジに挿入された差込み可能なユニットと備え、前記差込み可能なユニットが、前記光ジャンパを構成するところの、光トランシーバへの入力光および光トランシーバからの出力光を夫々搬送する２つのファイバの一端を保持する光プラグと、該光プラグに接合された光トランシーバを含む、請求項８に記載の接続装置。
10. 前記メス型フランジが、前記回路ボードにも備えられ、
    前記差込み可能なユニットが、前記光ジャンパの他の一端にも備えられる、請求項９記載の接続装置。
11. 前記突合せ接続部が、前記メス型フランジ構造中に前記光トランシーバに接触する金属フィンガをさらに備え、該金属フィンガを介して前記光トランシーバに電力が供給される、請求項９または１０に記載の接続装置。
12. 前記メス型フランジの上部に、ばねクランプを備える、請求項９〜１１のいずれか１項記載の接続装置。
13. ばねをさらに備え、該ばねの一端は前記回路ボードに取り付けられ、該ばねは、前記光ジャンパ長さ方向に沿って、前記他の一端の差込み可能なユニットまで伸びる、請求項１０〜１２のいずれか１項記載の接続装置。

Images